步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行精度分析及細(xì)分電路的合理使用
馮志華（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥230026）
l 引言
步進(jìn)電機(jī)能方便地進(jìn)行速度與角度控制，使其在現(xiàn)代自動(dòng)控制方面占有越來越重要的地位。即使在開環(huán)狀態(tài)下，它也能實(shí)現(xiàn)較高精度的位置控制。然而，步進(jìn)電機(jī)在使用時(shí)，其可控角是以步為單位的，也就是說，角度是跳躍式變化的；而且由于受到加工工藝的影響，一個(gè)步長一般在1度左右，每個(gè)步長也并非完全相等，因而在精度要求較高的場合，就要求對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角誤差有一定的認(rèn)識(shí)，以及采取相應(yīng)的提高精度的措施。
2誤差的分類
在步進(jìn)電機(jī)的使用中，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角誤差可以分成兩大類，一類與步進(jìn)電機(jī)直接有關(guān)；而另外一類不僅與步進(jìn)電機(jī)本身有關(guān)，還與驅(qū)動(dòng)方式有關(guān)。
2.1不積累誤差
不積累誤差也叫靜態(tài)步距角誤差，指在空載條件下，步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行角度與理論運(yùn)行角度之間的差別。為了分析方便，在不積累誤差中不考慮摩擦力的影響，它與驅(qū)動(dòng)電流也沒有任何關(guān)系。對(duì)于一個(gè)質(zhì)量較高的電機(jī)，這個(gè)誤差一般在57左右。
不同步進(jìn)電機(jī)的不積累誤差也是不同的。對(duì)于一個(gè)特定的電機(jī)而言，其不積累誤差一般是固定的。原理上可以通過預(yù)先測量這些誤差，然后通過一定的補(bǔ)償，以提高精度。但實(shí)際上．必須時(shí)刻知道步進(jìn)電機(jī)的確切運(yùn)行位置（也就是運(yùn)行到哪一步），而要得到這個(gè)信息，有兩個(gè)手段，一是通過其它位置傳感器測知這個(gè)位置；一是設(shè)置一記憶電路，能時(shí)刻記住步進(jìn)電機(jī)的位置。然而這樣做的結(jié)果是增大了電路的復(fù)雜性。
由于加工上的原因，步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行整拍時(shí)相互之間的角度間隔誤差保持較小的值，因此在要求較高步距精度的時(shí)候，可以考慮采用整拍運(yùn)行方式。
步進(jìn)電機(jī)在整轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)其不積累誤差理論上永遠(yuǎn)為零，因此在高精度驅(qū)動(dòng)中，可以考慮采用整轉(zhuǎn)運(yùn)行方案。此時(shí)，失調(diào)角誤差或回滯誤差是****的誤差源。
2.2失調(diào)角誤差
失調(diào)角誤差也叫負(fù)載角誤差，指步進(jìn)電機(jī)在驅(qū)動(dòng)負(fù)載的條件下，為了產(chǎn)生一定的負(fù)載力矩，步進(jìn)電機(jī)需產(chǎn)生一個(gè)失調(diào)角θ。根據(jù)理論計(jì)算，對(duì)于一個(gè)步距角為1.5度的三相步進(jìn)電機(jī)，由于負(fù)載力矩丁而引起的角度變化為：
可見，為了得到較高的精度，則必須驅(qū)動(dòng)較低的負(fù)載。
2.3回滯誤差
如果加在步進(jìn)電機(jī)上的負(fù)載力矩改變方向，則所產(chǎn)生的失調(diào)角與原來的相反。因此，即使負(fù)載保持****恒定（包括摩擦力），并假設(shè)電機(jī)無任何不積累誤差，那么由于電機(jī)可能的正、反方向運(yùn)行，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相當(dāng)大的角度誤差。
為了消除回滯誤差而提高精度，反向驅(qū)動(dòng)時(shí)，可多運(yùn)行一定的步數(shù)，然后返回，使負(fù)載力矩保持一個(gè)方向。
2.4重復(fù)誤差
在負(fù)載****恒定的條件下，步進(jìn)電機(jī)朝原來運(yùn)動(dòng)方向的反方向運(yùn)轉(zhuǎn)”步后再前進(jìn)行步，它的起始位置與終止位置有差別。這個(gè)誤差的來源比較復(fù)雜。_般在幾角秒之內(nèi)，典型值為±0. 0014。。因此，在大多數(shù)場合下是可以忽略不計(jì)的。
3通電狀態(tài)對(duì)誤差的影響
單相通電狀態(tài)比雙相（多相）通電狀態(tài)的精度要高一些。這主要是由于多相通電時(shí)空載步距角將與兩相繞組中的電流比有關(guān)，改變每一相電流的大小都將影響到步距角精度。在無穩(wěn)流電路的情況下，這個(gè)變化有可能是相當(dāng)大的。
以三相步進(jìn)電機(jī)為例。附圖中，設(shè)由a，b兩相通電所產(chǎn)生的力矩分別為ta、tu，則有：
然而，對(duì)于單相通電，在負(fù)載為零的情況下，轉(zhuǎn)子的定位位置與電流的大小無關(guān)。
4細(xì)分引起的誤差
步進(jìn)電機(jī)的步距角一般在1度左右，有時(shí)需要比這個(gè)值小得多的步距角，可采用細(xì)分技術(shù)。采用細(xì)分技術(shù)只能提高步進(jìn)電機(jī)的分辨率，并沒有提高其精度。
對(duì)于一般的驅(qū)動(dòng)電路，細(xì)分后還會(huì)帶來一些誤差。這些 |
